TW201409081A - 全解析度的裸眼立體顯示器 - Google Patents

Abstract

一種全解析度的裸眼立體顯示器，包括液晶視差屏障、顯示面板及背光模組。若顯示面板在顯示單一視角影像時的畫面更新率為頻率F，則顯示面板在顯示包括N個視角影像的多視角3D影像時，顯示面板的像素點將以交錯的方式分成N等份，每一等份的像素點以頻率F×N的切換速度將該N個視角影像作連續場序性的播放，且液晶視差屏障配合像素點影像的切換作相應的切換，藉由各個低解析度的視角影像互補和人眼視覺暫留作用，使觀看者感受到一幅全解析度的3D影像，此外背光模組還可在像素點影像切換過程中關閉或者變暗，來防止影像切換過程中產生嚴重的重影。

Description

全解析度的裸眼立體顯示器

　　本發明是有關於一種立體顯示器，且特別是有關於一種全解析度的裸眼立體顯示器。

    目前平面顯示器的三維（three-dimensional，3D）或立體顯示技術可以分為裸眼式和眼鏡式兩大類別，而裸眼式3D顯示技術可分為柱狀透鏡（lenticular lens）和液晶視差屏障（LC parallax barrier）兩種技術，其皆是利用了人眼的視差原理，通過給觀看者左右兩眼分別送去不同的影像，從而達到立體視覺效果。目前的技術就是透過精密的光學計算、控制，讓左右兩眼影像的每個像素所發出的光線，只會射向空間中的特定位置，進而讓觀看者在特定的區域時，左眼接受到的都是左眼影像、右眼接受到的都是右眼影像，利用雙眼觀賞到不同的影像，來製造視差產生立體效果。

    液晶視差屏障3D顯示技術的實現方法是利用高分子液晶層和偏振膜製造出一系列方向為90度的垂直條紋，並置於顯示面板前一小段距離處。這些條紋寬幾十微米，通過它們的光就形成了垂直的細條柵模式，稱之為“視差屏障”。而該技術正是利用了視差屏障，在3D顯示模式下，應該由左眼看到的影像顯示在顯示面板上時，不透明的條紋會遮擋右眼；同理，應該由右眼看到的影像顯示在顯示面板上時，不透明的條紋會遮擋左眼，通過將左眼和右眼的可視影像分開，使觀看者看到3D影像。對於使用者而言，二維（two-dimensional，2D）和3D顯示模式的切換功能是必須的，其中液晶視差屏障2D/3D切換技術為目前最為成熟的2D/3D切換技術。此技術利用液晶本身具備讓光穿透與否的功能來形成視差屏障，其中置於顯示面板前一小段距離處的液晶前面板作為視差屏障使用，當顯示面板要顯示3D影像時，控制前面板的顯示內容使其對應區域顯示黑白相間條紋而形成視差屏障；當顯示面板要顯示2D影像時，控制前面板的顯示內容使其讓光線完全穿透，故可以藉由控制前面板的顯示內容來達到區域化2D/3D切換功能。

　　柱狀透鏡和液晶視差屏障兩種技術都是透過在同一個畫面、以像素交錯的方式，同時顯示左右眼影像，然後再搭配特殊的光線控制技術來讓觀看者兩眼看到不同影像，來製造視差產生立體效果。但是，因為同一個畫面切割為兩部分，分別顯示左眼影像和右眼影像，這是兩眼各自看到的影像，影像解析度會因此而下降一半。此方式將顯示的影像分為左右眼兩個影像來顯示，故又稱為兩視角3D顯示技術，而左右眼兩個影像又稱為兩個視角影像。同理，多視角3D顯示技術會造成更嚴重的解析度下降問題，當顯示器顯示N個視角影像時，影像解析度會下降為原來的1/N，給觀看者觀影造成影響。

　　本發明目的在提供一種全解析度的裸眼立體顯示器，使觀看者觀影時可看到全解析度的影像。

　　為實現上述目的，本發明提出一種全解析度的裸眼立體顯示器，包括液晶視差屏障、顯示面板及背光模組，液晶視差屏障及背光模組分別設於顯示面板的前方及後方。若顯示面板在顯示一單一視角影像時的畫面更新率（frame rate）為頻率F，則顯示面板在顯示一包括N個視角影像的多視角3D影像時，顯示面板的像素點將以交錯的方式分成N等份，每一等份的像素點以頻率F×N的切換速度將該N個視角影像作連續場序性的播放，且液晶視差屏障配合像素點影像的切換作相應的切換，其中，F為正實數，N為大於1的整數。

　　在本發明一實施例中，背光模組在像素點影像切換過程中關閉或者變暗。

　　在本發明一實施例中，若該N等份的像素點依序分別表示為P₁、P₂、…、P_N-1、P_N，且該N個視角影像依序分別表示為V₁、V₂、…、V_N-1、V_N，則P₁以頻率F×N的切換速度將V_N、V_N-1、V_N-2、…、V₃、V₂、V₁依序作切換作連續場序性的播放，P₂以頻率F×N的切換速度將V₁、V_N、V_N-1、…、V₄、V₃、V₂依序作切換作連續場序性的播放，P₃以頻率F×N的切換速度將V₂、V₁、V_N、…、V₅、V₄、V₃依序作切換作連續場序性的播放，…，P_N以頻率F×N的切換速度將V_N-1、V_N-2、V_N-3、…、V₂、V₁、V_N依序作切換作連續場序性的播放。

　　本發明因採用高畫面更新率（頻率F×N）的顯示面板及高切換速度（頻率F×N）的液晶視差屏障，對每一等份的像素點顯示的視角影像作高速切換作連續場序性的播放，藉由各個低解析度的視角影像互補和人眼視覺暫留作用，使觀看者雙眼感受到一幅全解析度的3D影像。此外，本發明還可採用高切換速度的背光模組使其在像素點影像切換過程中關閉或者變暗，來防止像素點影像切換過程中產生嚴重的重影（crosstalk），且因為背光模組的切換速度之快，人眼幾乎感覺不到背光模組的變化。

    為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

　　請參見圖1，圖1為本發明之全解析度的裸眼立體顯示器之一實施例的結構俯視示意圖。本發明之裸眼立體顯示器包括液晶視差屏障1、顯示面板2及背光模組3，液晶視差屏障1及背光模組3分別設於顯示面板2的前方及後方，顯示面板2上設有形成陣列的像素點21，其中，液晶視差屏障1又可稱為液晶光柵。假設顯示面板2在顯示一單一視角影像時的畫面更新率為頻率F（F為正實數），即每秒顯示F個畫面，此頻率F通常為60赫茲（Hz）以上。當顯示面板2在顯示一多視角3D影像時，若該多視角3D影像包括N個視角影像（N為大於1的整數），則顯示面板2的像素點將分成N等份，每一等份的像素點以頻率F×N的切換速度將該N個視角影像作連續場序性的播放，且液晶視差屏障1配合像素點影像的切換作相應的切換。本發明通過高畫面更新率（頻率F×N）的顯示面板2及高切換速度（頻率F×N）的液晶視差屏障1，對每一等份的像素點顯示的視角影像作高速切換作連續場序性的播放，藉由各個低解析度的視角影像互補和人眼視覺暫留作用，使觀看者雙眼感受到一幅全解析度的3D影像。此外，背光模組3還可在像素點影像切換過程中關閉或者變暗，來防止像素點影像切換過程中產生嚴重的重影，且因為背光模組3的切換速度之快，人眼幾乎感覺不到背光模組3的變化。

　　下面以兩視角3D影像為例來說明現有技術和本發明技術的區別。在現有的兩視角3D顯示技術下，裸眼立體顯示器以例如60Hz的畫面更新率顯示影像，且是透過在同一個畫面、以像素交錯的方式同時顯示左右眼影像，例如在同一個畫面中以奇數行像素點顯示左眼影像、以偶數行像素點顯示右眼影像，同時間液晶視差屏障會啟動，透過液晶視差屏障的分光作用，將左右眼影像分別送入觀看者的左右眼，在此種情況之下，觀看者雙眼感受到的影像解析度會只有原本畫面的一半。

　　在本發明的兩視角3D顯示技術下，請參見圖2，本發明之裸眼立體顯示器如圖1所示，其顯示面板2同樣以60Hz（即F=60Hz）的畫面更新率顯示一單一視角影像。當顯示面板2在顯示一多視角3D影像時，若該多視角3D影像包括兩個視角影像（即N=2），即左眼影像L和右眼影像R，則顯示面板2的像素點21將以交錯的方式分成兩等份，例如奇數行像素點Po和偶數行像素點Pe。每一等份的像素點以頻率120Hz（即F×N = 60Hz×2）的切換速度將該兩個視角影像L和R作連續場序性的播放，即：在第一畫面的(1/120)秒期間，奇數行像素點Po顯示左眼影像L、偶數行像素點Pe顯示右眼影像R，同時液晶視差屏障1配合像素點影像的切換作相應的切換，例如液晶視差屏障1的奇數行像素點Bo為開啟（on）狀態讓光線穿透、偶數行像素點Be為關閉（off）狀態阻擋光線，使觀看者左眼只看到左眼影像L、右眼只看到右眼影像R，雙眼感受到解析度為原本影像解析度的一半的3D影像；在第二畫面的(1/120)秒期間，奇數行像素點Po切換成顯示右眼影像R、偶數行像素點Pe切換成顯示左眼影像L，同時液晶視差屏障1配合像素點影像的切換作相應的切換，其奇數行像素點Bo切換成關閉（off）狀態阻擋光線、偶數行像素點Be切換成開啟（on）狀態讓光線穿透，使觀看者左眼只看到左眼影像L、右眼只看到右眼影像R，雙眼感受到解析度為原本影像解析度的一半的3D影像；藉由將該兩個視角影像L和R作第一畫面和第二畫面連續場序性的播放，觀看者雙眼將感受到畫面更新率為60Hz而解析度與原本影像解析度一樣（即全解析度）的3D影像。

　　請參見圖3，圖3為圖2所示裸眼立體顯示器在顯示兩視角3D影像時的處理步驟示意圖。在第一畫面或第一個(1/120)秒期間，在一開始的像素點影像切換過程中，即奇數行像素點Po由顯示右眼影像R切換成左眼影像L、偶數行像素點Pe由顯示左眼影像L切換成右眼影像R的過程中，此時背光模組3還可關閉（off）或者變暗，來防止像素點影像切換過程中產生嚴重的重影，然後在切換完成後重新開啟（on）。同理，在第二畫面或第二個(1/120)秒期間，在一開始的像素點影像切換過程中，即奇數行像素點Po由顯示左眼影像L切換成右眼影像R、偶數行像素點Pe由顯示右眼影像R切換成左眼影像L的過程中，此時背光模組3同樣可關閉（off）或者變暗，來防止像素點影像切換過程中產生嚴重的重影，然後在切換完成後重新開啟（on）。由於背光模組3的切換速度之快，人眼幾乎感覺不到背光模組3的變化。

　　本發明可應用於兩視角以上的多視角3D影像的顯示，請參見圖4，本發明之裸眼立體顯示器如圖1所示，其顯示面板2同樣以60Hz（即F=60Hz）的畫面更新率顯示一單一視角或1視角影像，即為顯示一2D影像。當顯示面板2在顯示一2視角3D影像時，即如圖2和圖3所示，該2視角3D影像包括兩個視角影像，即左眼影像V₂（或L）和右眼影像V₁（或R），則顯示面板2的像素點21將以交錯的方式分成兩等份，例如奇數行像素點P₁（或Po）和偶數行像素點P₂（或Pe）。每一等份的像素點以頻率120Hz（即F×N = 60Hz×2）的切換速度將該兩個視角影像V₁和V₂作連續場序性的播放，即：在第一個(1/120)秒期間，奇數行像素點P₁（或Po）顯示左眼影像V₂（或L）、偶數行像素點P₂（或Pe）顯示右眼影像V₁（或R），同時液晶視差屏障1配合像素點影像的切換作相應的切換，使觀看者左右眼分別只看到左右眼影像，雙眼感受到解析度為原本影像解析度的一半的3D影像；在第二個(1/120)秒期間，奇數行像素點P₁（或Po）切換成顯示右眼影像V₁（或R）、偶數行像素點P₂（或Pe）切換成顯示左眼影像V₂（或L），同時液晶視差屏障1配合像素點影像的切換作相應的切換，使觀看者左右眼分別只看到左右眼影像，雙眼感受到解析度為原本影像解析度的一半的3D影像；藉由將該兩個視角影像V₁和V₂作連續場序性的播放，觀看者雙眼將感受到畫面更新率為60Hz而解析度與原本影像解析度一樣（即全解析度）的3D影像。

　　當顯示面板2在顯示一N視角3D影像（N為大於1的整數）時，該N視角3D影像包括N個視角影像，該N個視角影像依序分別表示為V₁、V₂、…、V_N-1、V_N，則顯示面板2的像素點21將以交錯的方式分成N等份，該N等份的像素點依序分別表示為P₁、P₂、…、P_N-1、P_N。每一等份的像素點以頻率60NHz（即F×N = 60Hz×N）的切換速度將該N個視角影像V₁、V₂、…、V_N-1、V_N作連續場序性的播放，例如：第一等份的像素點P₁以頻率60NHz的切換速度將V_N、V_N-1、V_N-2、…、V₃、V₂、V₁依序作切換作連續場序性的播放，第二等份的像素點P₂以頻率60NHz的切換速度將V₁、V_N、V_N-1、…、V₄、V₃、V₂依序作切換作連續場序性的播放，第三等份的像素點P₃以頻率60NHz的切換速度將V₂、V₁、V_N、…、V₅、V₄、V₃依序作切換作連續場序性的播放，…，第N等份的像素點P_N以頻率60NHz的切換速度將V_N-1、V_N-2、V_N-3、…、V₂、V₁、V_N依序作切換作連續場序性的播放。換句話說，在第一個(1/60N)秒期間，該N等份的像素點P₁、P₂、…、P_N-1、P_N分別顯示視角影像V_N、V₁、V₂、…、V_N-1，同時液晶視差屏障1配合像素點影像的切換作相應的切換，使觀看者左右眼分別只看到左右眼影像，雙眼感受到解析度為原本影像解析度的1/N的3D影像；在第二個(1/60N)秒期間，該N等份的像素點P₁、P₂、…、P_N-1、P_N分別切換成顯示視角影像V_N-1、V_N、V₁、…、V_N-2，同時液晶視差屏障1配合像素點影像的切換作相應的切換，使觀看者左右眼分別只看到左右眼影像，雙眼感受到解析度為原本影像解析度的1/N的3D影像；…在第N個(1/60N)秒期間，該N等份的像素點P₁、P₂、…、P_N-1、P_N分別切換成顯示視角影像V₁、V₂、V₃、…、V_N，同時液晶視差屏障1配合像素點影像的切換作相應的切換，使觀看者左右眼分別只看到左右眼影像，雙眼感受到解析度為原本影像解析度的1/N的3D影像；藉由將該N個視角影像V₁、V₂、…、V_N-1、V_N作連續場序性的播放，觀看者雙眼將感受到畫面更新率為60Hz而解析度與原本影像解析度一樣（即全解析度）的3D影像。同樣地，背光模組3可在像素點影像切換過程中關閉（off）或者變暗，來防止像素點影像切換過程中產生嚴重的重影，然後在切換完成後重新開啟（on）。由於背光模組3的切換速度之快，人眼幾乎感覺不到背光模組3的變化。

　　雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用於限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1．．．液晶視差屏障

2．．．顯示面板

3．．．背光模組

21．．．像素點

Bo．．．液晶視差屏障的奇數行像素點

Be．．．液晶視差屏障的偶數行像素點

Po．．．顯示面板的奇數行像素點

Pe．．．顯示面板的偶數行像素點

L．．．左眼影像

R．．．右眼影像

on．．．開啟

off．．．關閉

P₁、P₂、…、P_N-1、P_N．．．各等份的像素點

V₁、V₂、…、V_N-1、V_N．．．各個視角影像

　　圖1為本發明之全解析度的裸眼立體顯示器之一實施例的結構俯視示意圖。

　　圖2為本發明之全解析度的裸眼立體顯示器在顯示兩視角3D影像時的像素點影像切換示意圖。

　　圖3為本發明之全解析度的裸眼立體顯示器在顯示兩視角3D影像時的處理步驟示意圖。

　　圖4為本發明之全解析度的裸眼立體顯示器在顯示多視角3D影像時的處理步驟示意圖。

Po．．．顯示面板的奇數行像素點

Pe．．．顯示面板的偶數行像素點

L．．．左眼影像

R．．．右眼影像

P₁、P₂、…、P_N-1、P_N．．．各等份的像素點

V₁、V₂、…、V_N-1、V_N．．．各個視角影像

Claims (3)

1. 一種全解析度的裸眼立體顯示器，包括一液晶視差屏障、一顯示面板及一背光模組，該液晶視差屏障及該背光模組分別設於該顯示面板的前方及後方，若該顯示面板在顯示一單一視角影像時的畫面更新率為頻率F，則該顯示面板在顯示一包括N個視角影像的多視角三維影像時，該顯示面板的像素點將以交錯的方式分成N等份，每一等份的像素點以頻率F×N的切換速度將該N個視角影像作連續場序性的播放，且該液晶視差屏障配合像素點影像的切換作相應的切換，其中，F為正實數，N為大於1的整數。
2. 如申請專利範圍第1項所述之全解析度的裸眼立體顯示器，其中，該背光模組在像素點影像切換過程中關閉或者變暗。
3. 如申請專利範圍第1項所述之全解析度的裸眼立體顯示器，其中，若該N等份的像素點依序分別表示為P₁、P₂、…、P_N-1、P_N，且該N個視角影像依序分別表示為V₁、V₂、…、V_N-1、V_N，則P₁以頻率F×N的切換速度將V_N、V_N-1、V_N-2、…、V₃、V₂、V₁依序作切換作連續場序性的播放，P₂以頻率F×N的切換速度將V₁、V_N、V_N-1、…、V₄、V₃、V₂依序作切換作連續場序性的播放，P₃以頻率F×N的切換速度將V₂、V₁、V_N、…、V₅、V₄、V₃依序作切換作連續場序性的播放，…，P_N以頻率F×N的切換速度將V_N-1、V_N-2、V_N-3、…、V₂、V₁、V_N依序作切換作連續場序性的播放。